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InsertSegment)
钢筋混凝土
环向接头:
带大型垫片式管片预留孔垫块、插入式接头、长螺栓、组装用调心棒
①接头零配件不露在管片的表面,有利于防蚀。
②螺栓盒少,而且盒位置不在端部,管片外周配筋容易。
③插入部分的内部为空心螺纹,故不需要螺母。
④可望调心销有抗剪力。
⑤调齐位置时,管片环之间用销调节,管片之间用调心棒调节,可望缩短组装时间。
⑥可用调心销、调心棒减少接缝错位。
⑦没有螺栓盒零配件,止水性好。
上饭田连接线:
濑古隧道(单线)
参考表2.1.1(3)NF插入式接头
NF插入式接头(NoFringe)
平板形(RC)
无法兰球墨铸铁接头、插入式接头、短螺栓
①传统的球墨铸铁接头为葡萄酒杯形、法兰部分的零配件一直伸到管片的外面,是漏水的一大原因。
所谓无法兰形,便是指将其改进,让零配件全部放在管片内的形状。
②一端为插入式接头,全部埋在管片内,可将螺栓盒数量减少一半。
因此,管片的缺损部分少,有效面积可取大值,可减少钢筋量。
③因螺栓盒少,管片主体的配筋和组装容易。
④螺栓盒的数量减少一半,可节约材料费。
MM21线:
minatomirai隧道
参考表2.1.1(4)KL管片
KL管片(KeyLock)
缓冲键(曲面凹凸)、弯螺栓
①由于采用管片表面缓冲键和弯螺栓的接头型式,所以无接头零配件,防蚀性好,并可节约材料费。
②由于缓冲的效果,接缝错位小。
③因缓冲键之间顺畅地传递抗剪力,有效地发挥拼接效应,故可减少管片接头的负担。
(电力隧道上有施工记录)
参考表2.1.1(5)榫接管片
榫接管片
斜螺栓(组装用)
混凝土榫头、斜螺栓(组装用)
①管片环之间的形状做成榫接形状,通过氯乙烯嵌缝材料传递荷载。
部件之间为混凝土接触面。
组装时,用斜螺栓组装。
②因无接头盒,配筋容易。
需注意榫接部混凝土的充填性和脱模时的缺损。
③组装时,使用插入式的斜螺栓。
因是插入式,已组装的管片上的母螺纹看不见,所以,最初的位置对齐要利用对齐标记进行。
此后的部件由榫头导向,对齐容易。
④因无螺栓盒,可减少接头漏水。
大冈川隧道(单线)
参考表2.1.1(6)科纳克斯管片
科纳克斯管片(CONEX:
CONtenuosEXcavationSystem)
等分梯形、梯形和平行四边形的组合;
导向杆(组装用)
榫接头
①基本型采用轴插入式组装等分梯形管片。
管片环之间的接头为插入式塑料榫接头,可抵抗剪力。
管片之间装有对位用的导向杆。
②由于没有螺栓,只要用盾构千斤顶压住管片,组装就算结束,不需要花时间紧固螺栓。
利用导向杆,位置对齐很容易。
③榫头压入榫头孔,有很大的拉拔阻力,故能确保止水密封材料的压缩力。
④因是等分管片,管片模板种类较少。
顶部
参考表2.1.1(7)蜂窝式管片
蜂窝式管片
平板形(六角形);
斜边贯通斜螺栓、凸插塞和凹插口(组装用)
贯通长螺栓
①斜边上的接头刚性高,暗榫式对接也有足够的刚性。
②全部部件为同一形状,均是轴向插入式管片,掘进和组装可同时施工,适合快速施工。
③衬砌内表面没有接头盒,可不浪费地配置主体钢筋。
④接头结构简单,可减少在管片制造费用中占很大比例的接头零配件费用。
⑤由于没有接头盒,省掉二次衬砌时,不必采取防蚀措施,可减少衬砌费用的总成本。
⑥由于承诺实施专利,管片制造商为5家。
适用
隧道
都营地铁12号线:
门仲·
月岛工区(单线)
参考表2.1.1(8)NM管片
NM管片(NewMechanically-jointedSegment)
平板形(合成)、法兰形钢
配合接头、钢制内外螺纹接头
配合接头、凸轮和销
①极厚的法兰工字形断面的钢模和混凝土的合成结构,构件强度高,与RC管片相比,衬砌厚度可减薄60~70%,可缩小隧道外径、减少开挖排土量。
②在钢模上采用榫·
槽配合方式形成抗剪键结构,可确保管片环之间的有足够的抗剪力,使用简单的接头即可。
③管片主体上没有凸轮和销接头,只要推压管片,组装就可结束。
现场的自动组装很容易,可缩短组装时间,减轻劳动强度。
④在钢模的榫·
槽配合部设置止水槽,利用管片的内缘和外缘的4条密封材料确保止水性。
高岛隧道、minatomirai隧道
参考表2.1.1(9)宽幅管片
宽幅管片
平板形(管片宽1.5m);
①单个管片环的宽度变宽,可减少组装次数,缩短施工时间。
②止水弱处的接头,其部位数可随管片宽度变宽而相应减少。
参考表2.1.1(10)3芯管片
3芯管片
芯型;
混凝土接头板、长螺栓
混凝土接头板、长螺栓、带球面状凹凸
①传统4芯设计改为3芯设计,减少了管片环数量的管片
②减少了管片环数量,抗剪力不足,为此,在接头部分混凝土面上设置球面状凹凸,使其具有与原来一样的性能。
樱町隧道、赤山隧道、户冢隧道、大门隧道
参考资料2.1.1
(2)盾构机长研究
1.引言
在外径Ф10m级的盾构上,使用轴向插入式的K管片时,与使用径向插入式K管片的盾构相比,随着确保缩进量和千斤顶行程,便产生盾构机长加长的问题。
现以Ф9.7m的泥水加压式盾构为基础,研究使用K管片时尽量减少机长的方法。
2.研究结果
Ф10m级盾构机长的研究结果如参考表2.1.2所示。
使用K管片,而不采取特别的方法时,如第1方案所示,机长比径向插入式长1000mm。
第2方案,在供人出入的气闸上下了功夫,机长的增加控制在700mm内。
第3方案,在供人出入的气闸上下功夫,同时仅在K管片部分使用长行程千斤顶,机长增加控制在500mm内。
第4方案,不使用长行程千斤顶,而使用代用管片,机长增加可控制在300mm内。
但又有组装顺序复杂、组装时间变长的问题。
3.结论
据上述研究结果可认为第3方案最为理想。
参考表2.1.2外径Ф10m级的盾构机长研究
研究
方案
概况
机长
问题
备注
径向
插入式
①以复线泥水加压式盾构(Ф9.7m)为基础研究。
②K管片使用传统的径向压入式的锥形管片。
③盾构千斤顶行程取1400st。
④管片组装机的滑动量取300mm。
8700mm
轴向插
入式第
1方案
①K管片的缩进量取500mm。
(150+500=650mm)
②盾构千斤顶全部采用长行程千斤顶。
1900st
③管片组装机的滑动量取800mm。
9700mm
·
机长增加
1000mm
一般
第2方案
9400mm
700mm
供人出入
气闸变小。
第3方案
②只有使用K管片的部位,盾构千斤顶的安装位置取开挖面端。
9200mm
500mm
最佳
长度
第4方案
②只有使用K管片的部位,采用长行程千斤顶(1900st,8个)
③行程不足,用代用管片补充,在用管片组装机抓握代用管片的情况下,直接压千斤顶。
④管片组装机的滑动量取1150mm。
9000mm
300mm。
组装顺序复杂
(用盾构千斤
顶压住K管
片后,放上代用
管片。
)
没有实
际使用
记录。
参考资料2.2.3是否要二次衬砌的判断方法
1.判断流程和说明
是否要二次衬砌,应按以下列
(1)~(5)为研究项目的判断流程,逐项判断是否需要。
最后,根据这些结果,综合判断是否需要。
(1)管片变形
(2)漏水
(3)腐蚀性环境
(4)曲线半径
(5)振动
实际判断时,以使用优质材料、进行适当施工为前提。
管片变形的支配性因素为周围地质条件。
地质条件可分为软弱地基和良好地基。
软弱地基属于需要二次衬砌的区域。
此处所说的软弱地基,系指粘性土的N值不足4、或砂质土的N值不足15的土质。
是
能否采取有效措施?
【说明】
管片的变形是接头的接缝等发生漏水的原因,应尽力将其控制在很小的范围内。
组装好的管片,发生变形的原因,可列举如下。
①脱离盾尾后,在壁后注浆硬化期间,外部荷载和自重引起的变形
②外部荷载条件的变化引起的变形
③伴随地基固结沉降发生的变形
④隧道单侧地基流变引起的变形
其中,①的变形发生在二次衬砌施工之前,故必须通过使用真圆保持机和早期壁后注浆等方法防止变形。
②的变形中,对于二次衬砌施工之前发生的变形,全部通过管片采取应对措施。
对于二次衬砌之后发生的变形,若在软弱地基上,隧道的覆土又小,担心将来周围开挖会发生偏土压等,往往也会依靠二次衬砌的变形控制效果。
至于③、④固结沉降和地基流变时引起的变形,就现在的技术,难以定量掌握其影响程度。
在粘性土地基上,应考虑伴随隧道周围的固结沉降,隧道上会产生增加荷载,同时,还需考虑流变变形的不确切性。
在良好地基上,这些变形的发生量一般较小,认为其影响可忽略不计。
与此相反,软弱地基上,固结沉降和流变之量则有变大的趋势。
地基条件对二次衬砌抑止效果的影响的数值模拟的结果显示,对于地基抗力系数约在30MN/m
3以上的地基,变形抑止效果较小;
对于地基抗力系数约在10MN/m3以下的地基,变形抑止效果则较大。
从该结果可以知道,地基抗力系数约在30MN/m3以上的地基,属于没有必要依靠二次衬砌来抑制变形的区域。
另一方面,对于固结沉降和地基的流变引起的变形,据模拟的结果,在良好地基上,其影响较小。
综上所述,在数值模拟结果显示出变形抑止效果较大的区域(地基抗力系数30MN/m3以下)中,选择管片环有可能发生不可遇测变形的软弱地基区域(地基抗力系数约10MN/m3以下),作为可期待二次衬砌变形抑止效果的区域。
软弱地基和良好地基的分界线,对粘性土,取N值4;
对砂质土,取N值15,在其以上者为良好地基,不足该值者则为软弱地基。
地质条件
地基抗力系数(MN/m3)
良
好
地
基
非常密实的砂N≥30
胶结的粘土N≥25
密实的砂15≤N<
30
硬粘土8≤N<
25
中硬粘土4≤N<
8
50
40
20
10
软
弱
松散的砂N<
15
软粘土2≤N<
4
非常软的粘土N<
2
5
N值,由于试验方法的缘故,很容易产生偏差。
软弱地基,尤其N值4左右,是比较微妙的范围;
砂质地基,N值15左右的地基,均匀系数较小时和细粒含量较少时,一般认为也有地基液化等问题。
所以,需根据详细的土质调查结果慎重判断。
由于软弱地基和良好地基是以N值分类的,故也有不明确区域,因此判断地基分类时需慎重。
(参考)
作为一种措施,可考虑下列方法。
采用高刚性连接管片
漏水的支配性因素是地下水压力。
此处以使用单层水膨胀性密封材料作为漏水防止措施为前提。
参考迄今为止的实际使用情况和密封材料的耐久性试验结果,密封材料的耐水压取500~700KN/㎡,设定以其1/3的水压约200KN/㎡为容许水压。
对于地下水压力或孔隙水压力大致超过300KN/㎡的环境,取同时使用二次衬砌的止水措施的研究区间。
地下水压力是否
≥2000KN/m2
该判断流程以使用单层水膨胀性密封材料作为漏水防止措施为前提。
至于螺栓盒四周和砂浆孔漏水应另行采取措施。
长期以来,隧道内的漏水防止依靠二次衬砌的止水效果。
可省略二次衬砌时,其止水则只能依靠密封材料。
密封材料的设计,根据过去的实际使用情况和施工技术的现状,对密封材料进行止水设计时,管片接头的设计缝隙量和错位量均取3mm;
一般认为安全率取3(考虑到长期的接触面压力下降),避免此时的值低于地下水压力或孔隙水压力时较为适当。
但是,密封材料的设计方法,对保持短期或长期的膨胀功能的处理,有多种考虑。
于是,在此,根据利用现有的止水技术(使用水膨胀性密封材料等),在500~700KN/㎡左右的水压力下,对可防止漏水的这一调查结果和对制造产品等的耐久性试验结果的实际使用情况进行分析,作为可省略二次衬砌的水压,取其1/3的200KN/㎡为容许水压。
其实,安全率3(容许水压200KN/㎡),对于就制造商来说可认为是相当苛刻时,可以降为安全率2(容许水压300KN/㎡),但密封材料必须能够充分对应于水压力。
因此,孔隙水压超过200KN/㎡,小于或等于300KN/㎡的区间也应充分研究二次衬砌以外的下列措施;
超过300KN/㎡的区间则应研究同时使用二次衬砌。
该容许水压,在包括密封材料的设计在内的技术开发不断取得进步,有了比现在更为先进的技术时,需重新评估。
①采用双层密封
②采用高性能水膨胀性密封材料
③研究接头零配件结构
④研究止水槽结构
⑤良好的壁后注浆
对处于腐蚀性环境下的隧道,判断是否需要进行二次衬砌,应着眼于二次衬砌对隧道内表面的接头零配件有无防腐效果。
此时,作为管片的保护措施必须利用壁后注浆与腐蚀性环境隔离开来,或提高管片自身的防腐能力。
担心隧道周围环境为工业废物处理场·
化工厂遗址·
海滨邻近地区等腐蚀性环境时,应按下列4个项目进行研究来判断是否为腐蚀性环境。
不仅要研究保护管片的措施,而且在无法采取有效措施而又属于“二次衬砌的必要性:
有”的环境时,还应研究包括“钢筋结构”在内的防腐措施。
目前,还没有对隧道的有关耐久性方面的国家标准。
因此,只好参考以地下埋设物为对象的标准值。
对于下列①~④,则参考「室内消防栓地下埋设管的腐蚀事故及其原因调查的概要(东京消防厅预防部长通告)」、「埋设管的防腐(东京消防厅预防部长通告)」和「DIN(德国·
煤气自来水技术人员协会」的标准值。
①地下水的PH
钢材的腐蚀,一般PH愈小则腐蚀愈大。
PH=4以下时,便会边产生氢气而快速腐蚀。
PH=4~10,则腐蚀生成物含水氧化亚铁的被膜被破坏的速度变慢,几乎以恒定的速度腐蚀。
当超过PH=10时,该被膜就稳定,腐蚀变得极少。
因此,以大体的值PH=6为是否要进行二次衬砌的大致界限。
[PH的大致标准值]PH>
6…………腐蚀性小
PH≤6………腐蚀性大
②氯离子浓度
氯等卤素离子阻碍钢材表面生成氧化被膜,让其露出活性面。
故该量愈多愈促进钢材腐蚀。
因此,以对腐蚀的影响比较明显的500ppm为是否要进行二次衬砌的大致界限值。
[氯离子浓度判断的大致界限值]
0~200ppm………对腐蚀的影响小
200~500ppm………对腐蚀的影响中
500~1000ppm………对腐蚀的影响大
1000ppm以上………对腐蚀的影响非常大
③硫离子浓度
硫离子通常以硫化氢的形式存在,其与钢材的反应性较高,对钢材的腐蚀有较大的影响。
因此,即便检测出来的量很微小,也需要进行二次衬砌。
④土壤的电阻率
钢材腐蚀时伴有电流产生。
故通过测量环境的电阻可判断腐蚀性的程度。
此处的判断以腐蚀性为中等程度的电阻ρ=2000Ω-㎝,作为是否需要进行二次衬砌的大致界限值。
①对接头零配件部分进行充填
②采取防蚀(锈)措施
④采用高性能水膨胀性密封材料
⑤采用耐药性(耐酸性等)密封材料
⑥研究止水槽结构
所谓急曲线,系指曲线半径低于R=200的曲线。
R/D为20以下的范围,如果除了采用二次衬砌以外不能采取其它措施,则便是为了防止隧道的止水性下降,需要进行二次衬砌的区域。
(式中,R:
曲线半径;
D:
管片外径)
开始
否是否
R/D<
是
否
R=20D以上的曲线半径,施工方面的问题少,没有采取二次衬砌的必要性。
R=20D以下时,与直线部分与缓和曲线部分相比,施工的困难性增大,容易发生接头开缝和接头错位,有导致止水性下降的可能。
所以,除了采用二次衬砌之外,若不能采取其它措施,则便是需要二次衬砌的区域。
但是,当采用参考栏所示的急曲线应对措施时,因施工方便性得到了改善,一般认为有省略二次衬砌的可能性。
①采用盾构中折装置
②缩小管片宽度
③研究壁后注浆方法(同步注浆)
采用二次衬砌会增加重量从而降低振动等级,其效果若经利用适当的振动预测式进行研究,若结果表明可判断为有意义时,则属于需进行二次衬砌的区域。
为了研究二次衬砌对减少振动等级的效果,在分析多个振动加速度实测数据等的事例中,有的事例表明进行二次衬砌施工的盾构隧道和未进行二次衬砌施工的盾构隧道之间,并未有明显的差异。
对相同地基条件的隧道,利用质点系模型进行解析,结果表明二次衬砌可望有减低数个分贝振动的效果。
减低振动等级的效果虽然不大,但可预测,进行二次衬砌以增加重量是有效果的。
因此,若根据环境影响评估文件中使用的振动预测式等进行研究时,其结果表明可判断为有意义,则属于需要二次衬砌的区域。
另外,研究时,在离振源最近的地方,应优先考虑采用防振轨道等结构之类的措施。
也可同时采用混凝土填塞仰拱部分,以增加隧道重量,降低振动等级的措施。
对此,应进行综合判断。
参考资料4.1竖井
1.竖井计划
(1)地质调查
按设计·
施工计划进行地质调查时,应注意下列事项。
开挖竖井时,需研究坑地隆起、砂沸和突涌等问题;
开挖施工结束后,需研究结构物的上浮、防地震措施等问题。
其中,不透水层、承压水层和地基强度等的调查更为重要。
竖井和开挖隧道(含盾构)的地质调查,其调查内容与确认桥梁基础的持力层(砂层N=50)的调查内容不一样,故应参照「深开挖挡土施工设计规则第2章调查」等文件。
(2)竖井断面形状
a)竖井断面形状一般为矩形。
使用矩形断面,从确保盾构施工的作业空间的意义上,需注意挡土支架的配置,但可经济地利用其断面。
b)使用圆形时,对土压力的抵抗性较好,但会产生剩余空间,被浪费的断面较多,故应认真研究。
竖井内侧空间尺寸(大致目标)和盾构的出发·
到达
c)应参照盾构设计标准、参考资料No.5通风方式和通风设备实例及其参考资料No.24以及竖井修筑尺寸、盾构的出发·
(3)竖井结构研究
a)研究竖井结构时,必须计划和设计出对施工期间和使用期间作用于该竖井结构物上的荷载要有适当的安全性,在设计耐用年限内能经受得起使用的结构物。
b)竖井中临时修筑的竣工后的结构框架图
(4)盾构出发·
到达部分
a)洞口密封圈和止水注浆管等各设备
b)盾构和竖井的安装
①出发竖井和管片以及二次衬砌
②到达竖井和盾构外框或管片
(5)结构主体
应认真研究挡土工程的结构和修筑结构主体时浇注混凝土的顺序。
其设计·
施工方面的注意事项如下。
a)使用临时挡土墙时
①水平撑梁的垂直和水平间隔
②芯材的垂直精度和变位量
③开挖和浇注混凝土的顺序(顺作或逆作)
④底板和框架的混凝土强度(流变和拆除支架等时间)
⑤主体侧墙的钢筋绑扎和接头方法(搭接接头或机械式接头及其它接头)
⑥水平撑梁的拆除时间和顺序
⑦防止侧墙混凝土变形的支架的设置、拆除时间和顺序
b)主体利用的地下连接墙
②地下连续墙的垂直精度和变位量
⑤连续墙和内墙的连续方法、内墙的钢筋绑扎和接头方法(搭接接头或机械式接头及其它接头)
2.中间竖井
(1)地下连续墙
盾构贯通通过的开挖面的材料和施工顺序如下。
①预制构件方式:
CFR
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